電力是關系國計民生的重要產業(yè)，近年來，在國家雙碳戰(zhàn)略背景下，電力行業(yè)發(fā)生深刻變革，面臨多重挑戰(zhàn)。5G與智能電網性能高度匹配，可在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。具體應用方面，包括控制類業(yè)務、采集類業(yè)務、移動應用類業(yè)務、以及以多站融合為代表的電網型業(yè)務。

政策推動下，電網公司作為5G智能電網技術攻關及工程實踐的引領者和主導者，已開展了廣泛的研究和實踐。未來，5G在電力行業(yè)的應用雖仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但應用前景十分廣闊。本文梳理5G賦能電力行業(yè)的背景、主要場景及應用實踐。

01 背景與痛點

電力是關系國計民生的重要產業(yè)，是支撐經濟社會發(fā)展的重要基礎設施。近年來，在國家雙碳戰(zhàn)略背景下，供需形勢的逆轉、負荷特性的變化和電源結構的優(yōu)化讓電網調節(jié)壓力倍增，面臨諸多痛點。具體表現(xiàn)在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各環(huán)節(jié)中：

1. 發(fā)電環(huán)節(jié)中，隨著我國新能源發(fā)電的快速發(fā)展，可再生能源發(fā)電的大量并網給電網運行、管理帶來新的挑戰(zhàn)。一是可再生能源具有間歇性、隨機性的特點，二是分布式的深度滲透使配電網由功率單向流動的無源網絡變?yōu)楣β孰p向流動的有源網絡。

2. 輸電網覆蓋面積大，既有城市的地下電纜，又有高壓線路，傳統(tǒng)以人工巡檢為主，工作效率低下，存在網絡故障監(jiān)測困難的問題。

3. 變電環(huán)節(jié)中傳統(tǒng)的電力生產控制業(yè)務已基于光纖實現(xiàn)穩(wěn)定運行，但隨著電力物聯(lián)網及智能變電站的業(yè)務發(fā)展，業(yè)務呈現(xiàn)出大帶寬、高可靠、移動性等特點，需要考慮引入可靠的無線通信方式解決業(yè)務接入。

4. 配電網主網已經實現(xiàn)光纖覆蓋，但是電網末梢神經的配網仍屬于“盲調”狀態(tài)，由于數量巨大，造成光纖全覆蓋成本高、時間長、維護難的問題。

5. 用電環(huán)節(jié)中，隨著大規(guī)模配電網自動化、低壓集抄、分布式能源接入、用戶雙向互動等業(yè)務快速發(fā)展，各類電網設備、電力終端、用電客戶的通信需求爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)光纖專網的建設成本高、業(yè)務開通時間長，無法滿足快速靈活的廣域接入需求。

02 5G賦能電力行業(yè)

5G可在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用

5G特點與智能電網性能高度匹配，對電力行業(yè)而言，5G可促進電力系統(tǒng)負荷特性的優(yōu)化和調整，大幅提升系統(tǒng)運行效率。比如，5G+智能電網不僅能夠大幅降低用戶平均停電時間、有效提升供電可靠性和管理效率。同時，可極大的豐富和擴展電網應用場景，降本增效，助力電網向綜合能源服務商轉型。

具體來講，5G可以為新型電力系統(tǒng)帶來更靈活經濟、更安全可靠和低時延確定性的網絡通信服務，在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度，以及應急通信各個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用。

1. 在發(fā)電環(huán)節(jié)，5G網絡低時延、大連接特性可實現(xiàn)發(fā)電廠分布式儲能調節(jié)能力評估、發(fā)電預測以及場站運行分析等模塊數據實時交互。此外，發(fā)電廠設備傳感器和高清攝像頭視頻數據可通過5G大帶寬能力傳輸到云平臺或本地邊緣計算平臺，實現(xiàn)廠區(qū)無人化巡檢、機器視覺視頻安防等應用。

2. 在輸電環(huán)節(jié)，利用5G網絡大帶寬、高可靠特性可實現(xiàn)無人機在架空輸電線路的精細化、大范圍巡檢。利用5G網絡低時延特性，可對地下輸電線路走廊隧道機器人進行實時精準控制，實現(xiàn)接地環(huán)流等監(jiān)測。

3. 在變電環(huán)節(jié)，通過將視頻監(jiān)控攝像頭、環(huán)境傳感器等設備接入5G網絡，可實現(xiàn)站內變壓器、開關柜等設備實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)排除設備故障。

4. 在配電環(huán)節(jié)，5G網絡能有效滿足配電終端分布廣、采集點多、安全要求高的需求，利用5G網絡高可靠、低時延特性，可實現(xiàn)配網差動保護、自動化三遙、精準負荷控制、配電站設備及生產安全綜合監(jiān)控等應用，保障配電作業(yè)安全。

5. 在用電環(huán)節(jié)，利用5G網絡可實現(xiàn)對重要客戶電能質量的高頻采集監(jiān)測，解決電力運行監(jiān)測成本難題，助力實現(xiàn)電能質量高頻監(jiān)測的規(guī)模部署；同時通過5G網絡可以實現(xiàn)充電樁與管理平臺間數據交互，促進優(yōu)化用電。

03 主要應用場景

目前來看，5G在電力行業(yè)的應用包括四大類業(yè)務場景：控制類業(yè)務、采集類業(yè)務、移動應用類業(yè)務、以及多站融合類業(yè)務。

控制類業(yè)務中，5G可優(yōu)化能源配置，避免大面積停電以影響企業(yè)和居民，同時滿足配電網實時動態(tài)數據的在線監(jiān)測；采集類業(yè)務中，5G可推動收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息；移動類業(yè)務中，5G可預防安全事故和環(huán)境污染，減少人工巡檢工作量，未來還可嘗試帶電操作；多站融合業(yè)務中，5G技術將推進平臺型、共享型企業(yè)建設。

精準負荷控制

精準負荷控制技術是指當多直流饋入電網發(fā)生多直流連續(xù)換相失敗和故障導致直流閉鎖、受端電網有功大幅缺額、頻率急劇下降時，根據直流損失功率的大小通過精準控制分散性海量電力用戶可中斷負荷，實現(xiàn)電網與電源、負荷友好互動，達到電力供需瞬時平衡，支撐能源大范國優(yōu)化配置，避免了大面積停電的發(fā)生，將電網損失降至最小，對企業(yè)和居民用電的影響降至最低。

精準負荷控制系統(tǒng)整組動作時延越少，恢復電網故障就越快。因此，對通信的時延是越低越好。對通信的需求中，重點強調時延、可用性、安全性、可靠性?；?G通信網絡的精準負荷控制系統(tǒng)由業(yè)務終端、需求響應終端、通信網絡和主站系統(tǒng)構建。其中，業(yè)務終端通過本地網絡接入樓宇響應終端，需求響應終端通過5G通信網絡接入需求響應系統(tǒng)主站。

配網差動保護業(yè)務

配網差動保護技術作為一種在高壓輸電網中成熟應用的電網技術，可以很好地解決分布電源接入對配電網帶來的諸多困擾。其原理是配電差動保護終端比較兩端或多端同時刻電流值（矢量），當電流差值超過整定值時判定為故障發(fā)生，斷開其中的斷路器或開關，執(zhí)行差動保護動作，從而實現(xiàn)了配電網故障的精確定位和隔離。

5G+配網差動保護通過5G工業(yè)級授時CPE和5G+配網差動保護終端，監(jiān)測配電線路兩端節(jié)點實時電流值，并進行交互比對，判斷連接線路是否出現(xiàn)故障。一旦發(fā)現(xiàn)故障，快速定位并切斷故障線路，完成故障隔離，避免連鎖反應。同時可實時啟動備用線路，通過線路切換實現(xiàn)故障恢復。

輸電線路智能巡檢及安全監(jiān)測

傳統(tǒng)的電力輸電線路巡檢為人工方式，需要專門配備電力人員定期到現(xiàn)場查勘線路、設備運行情況，然而傳統(tǒng)巡檢方式一是部分施工地點危險性高、巡檢難度大，例如野外高壓輸電線路需要定期進行物理特性檢查，一般兩個桿塔之間的線路長度在200至500米，巡檢范圍數公里長；二是人工作業(yè)存在效率低、不確定性等問題。因此，人工巡檢逐漸由無人機、機器人等智能巡檢方式代替。

當前智能巡檢設備通過內嵌的5G模組或5G CPE等網關設備接入5G網絡，將設備上攝像頭、傳感器采集的巡檢現(xiàn)場數據，通過5G網絡實時回傳至邊緣云平臺，經由邊緣云平臺的圖像識別、深度學習等智能技術和算法處理，綜合判斷得出巡檢結果，取代人工現(xiàn)場巡檢，實現(xiàn)巡檢無人化與智能化。

多站融合業(yè)務

多站融合業(yè)務充分利用變電站、新能源場站、儲能站、電動汽車充電站、供電營業(yè)廳所、抽水蓄能電站等場地環(huán)境，建設不同等級和應用場景的數據中心站。數據中心站提供變電站數據的本地存儲與邊緣計算能力，網絡邊緣計算作為云計算的延伸，通過把云計算平臺及其能力遷移到變電站、新能源場站等網絡邊緣，具備對高帶寬、低時延、本地化業(yè)務的更強支撐功能，向社會提供資源共享服務。

多站融合是探索利用變電站資源建設運營數據中心站、5G基站、北斗地基增強站、充電樁、儲能站等，對內支撐堅強智能電網業(yè)務，對外拓展能源服務渠道，助力電力物聯(lián)網發(fā)展，推進電力企業(yè)搭建共享平臺，更好的為社會創(chuàng)造價值。

04 典型案例

2020年3月，工信部與國家發(fā)改委印發(fā)《關于組織實施2020年新型基礎建設工程（寬帶網絡和5G領域）的通知》，明確提出了重點支持面向智能電網等七大領域的5G創(chuàng)新應用。通知指出在面向智能電網的5G新技術規(guī)?；瘧梅矫?，將基于5G新型網絡架構及智能電網場景，開展5G端到端網絡切片及資源調度系統(tǒng)研發(fā)。

在國家政策推動下，各地紛紛提出了5G智能電網建設計劃。電網公司作為5G智能電網技術攻關及工程實踐的引領者和主導者，開展了廣泛的5G業(yè)務研究和應用實踐，包括5G智能電網假設、控制類業(yè)務如配網差動保護、移動巡檢類業(yè)務如視頻交互等。

國家電網

國家電網積極與聯(lián)通、電信等運營商開展合作，基于“5G+”思維創(chuàng)新開展信息采集智能巡檢、智慧監(jiān)控、綜合管理等應用方案。

5G虛擬測量方面，國網北京市電力公司與中國聯(lián)通、中國電科院合作，在北京市開展了“5G虛擬測量平合”項目建設，實現(xiàn)了生產現(xiàn)場監(jiān)測場景的應用。用電環(huán)節(jié)通過5G虛擬測量平合，以12.8K的采樣率，對電能質量進行監(jiān)測。利用5G的技術特點，將儀表的分析部分云化部署，前端只保留采集裝置，解決了傳統(tǒng)采集裝置功能復雜、成本高的問題，將儀表設備成本降低90%。有效解決了電力運行監(jiān)測成本行業(yè)性難題，有力推動了電能質量監(jiān)測的規(guī)模部署，己在服貿會、石景山、延慶冬奧測試賽中廣泛應用。

5G+北斗智能巡檢方面，2021年2月，國家電網與中國電信合作，在山東省青島市開展“5G+北斗智能巡檢無人機”項目建設，實現(xiàn)了無人智能巡檢場景的應用。項目新建5G獨立組網（SA）網絡，完成了5G SA專網的圖傳模塊研發(fā)，引入北斗服務，實現(xiàn)無人機巡檢數據安全、實時、可靠回傳，解決傳統(tǒng)輸變線路巡檢耗時長、耗人多、工作環(huán)境惡劣的問題，改善一線工人的工作環(huán)境，大幅降低安全風險。同時，采用圖像智能識別技術，實現(xiàn)無人機自主巡檢、圖像實時傳輸、缺陷智能識別、輔助決策輸出等功能，解決了困擾無人機巡檢操作難、回傳難、分析難的問題，大尺寸缺陷識別準確率達99%、小尺寸識別準確率達40%，工作效率提升百倍以上。

5G電力虛擬專網綜合管理平合方面，2021年5月，國網浙江省電力有限公司上線全國首個5G電力虛擬專網綜合管理平合，實現(xiàn)了電網行業(yè)SIM卡管理、5G終端管理、5G用戶面核心網設備管理和網絡監(jiān)控等功能的整合和綜合應用。為滿足電力調度、電網平衡對源網荷儲海量資源的敏捷響應、精準控制需求，國網浙江電力開展5G公網電力應用示范，基于運營商5G公網，利用網絡切片、邊緣計算等先進技術打造安全可號的5G電力虛擬專用網絡。5G電力虛擬專網綜合管理乎合是電力企業(yè)實現(xiàn)5G電力虛擬專網資源可視、可管的重要手段，對手保障5G公網承找電力業(yè)務可靠性和安全性具有重要意義。

南方電網

2022年8月，南方電網5G智能電網項目成功入選2022年世界5G大會5G十大應用案例。該項目從2018年起，從電力5G虛擬專網頂層設計、關鍵技術研發(fā)、技術驗證、行標企標、安全論證、業(yè)務落地等方面推動5G與數字電網融合發(fā)展，提出5G高精度授時、虛擬專網端到端資源保障、5G局域網透明傳送、1%PRB資源預留、5G切片資源自管理等技術，全面孵化驗證54個業(yè)務場景，涵蓋電力發(fā)、輸、變、配、用、綜合各個環(huán)節(jié)，并形成規(guī)?；瘧弥攸c場景24個，已完成5G終端上線6000多個。2022年下半年，5G+數字電網示范區(qū)的應用成果將復制推廣到東莞、珠海、江門、湛江、茂名、汕頭、潮州、清遠、云浮等9個地市，5G技術與電力場景融合的深度、廣度將達到新的水平。

目前項目完成了行業(yè)首個基于R16標準的5G精確授時功能驗證，首個廣域電力5G切片虛擬專網上線，首個基于現(xiàn)有電力網絡的差動保護業(yè)務投入運行，發(fā)布了行業(yè)首個支持高精度授時的CPE終端，標準方面，項目孵化了3GPP國際標準20多項提案和南方電網一系列5G應用企業(yè)標準，在業(yè)務應用方面，項目已完成現(xiàn)網54種5G業(yè)務54個場景的端到端商用驗證，其中重點場景24個，5G終端投放超過6000個。

05 發(fā)展展望

雖然5G在電力行業(yè)的應用仍面臨諸多問題，比如安全性與電力業(yè)務適配仍需驗證、商用價值與成本的平衡尚待摸索、部分業(yè)務商業(yè)模式有待進一步清晰等，但是，未來5G在電力行業(yè)的應用前景廣闊，據德勤估算，2026年，5G將為能源產業(yè)帶來2500億美元的數字化市場規(guī)模。

短期內，利用5G替換原有無線系統(tǒng)或有線網絡，將成為5G+智慧電力主要發(fā)展的應用類型。在輸、變電環(huán)節(jié)，以5G無人機/機器人巡檢為代表的新型運維應用將支撐監(jiān)控、作業(yè)、安防向智能化、可視化、高清化升級。用電環(huán)節(jié)的電力充電樁、電能質量監(jiān)測等應用目前已逐步投入應用，這類業(yè)務可在短期內實現(xiàn)應用復制推廣。

配電環(huán)節(jié)的配電自動化等控制類業(yè)務，由于具備較高安全性和可靠性要求，現(xiàn)處于探索驗證階段，長期來看，隨著5G SA網絡的全面覆蓋以及技術標準的不斷演進和完善，精準負荷控制、配網差動保護等整合變革類應用將全面賦能智能電網，電力核心的控制類業(yè)務深度融合，全面提升控制類業(yè)務的精準度。

參考資料：

1.《信通院，5G應用創(chuàng)新發(fā)展白皮書》

2.《5G電力虛擬專網網絡安全白皮書》

3.《德勤，5G賦能未來電力》

4.《信通院，基于5G的能源電力行業(yè)應用發(fā)展研究》

編輯：黃飛

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